Кривошип датчиктерінің әртүрлі түрлері

Қозғалтқыш басқару жүйелеріндегі коленвал сенсорының рөлі

Заманауи жанар май жүйелеріндегі коленвал орнының сенсорының функциясы мен маңызы

Коленвал орнын анықтау сенсоры, жиі қысқартылған CPS деп аталады, двигательдің жұмысында өте маңызды рөл атқарады. Бұл сенсор коленвалдың айналу жылдамдығын және кез-келген уақытта дәл орнын бақылап отырады. Бұл сенсордан келетін ақпарат автомобильдің компьютеріне жанармайдың шашыратылу уақытын, жанармай мөлшерін және шығарылатын газдарды басқару туралы шешім қабылдауға көмектеседі. Миниатюрлық ақаулар CPS көрсеткіштерінде двигательдің жұмысының бұзылуына немесе автомобильдің тиімді жұмыс істеуінің орнына жанармайдың артық шығындалуына әкеп соғуы мүмкін, кейбір зерттеулерге сәйкес, жанармай үнемдеуінің кейде 15 пайызға дейін төмендеуі мүмкін. Көпшіліктің білмейтіні - бұл сенсорлар тек қана жұмыстың тегіс болуын қамтамасыз етуден гөрі көбірек істейді. Олар қазіргі кезде табиғи деп қабылданған цилиндрлерді қажет болмаған кезде өшіру және турбосорғының қысымын нақты реттеу сияқты мүмкіндіктерді іске асырады. Сондықтан заманауи көлік құралдары оларсыз дұрыс жұмыс істемейді.

Коленвал сенсорының отын жіберу мен жанудың уақытталуын қалай синхрондауы

Поршень қозғалысына қатысты коленвал орнын бақылау арқылы CPS электрондық басқару блогына (ECU) отын жіберу мен жану оқиғаларын жоғары дәлдікпен уақыттауға мүмкіндік береді:

• Жібергіштер енгізу клапаны ашылардан миллисекундтар бұрын іске қосылады
• Жану шамдары сығылу тактісінің оптималды нүктесінде жанады
  Бұл синхрондау детонацияны болдырмауға және қуат шығысын максималдандыруға мүмкіндік береді. Фазалық тізбекті жіберу жүйелерінде CPS-тың дәлдігі ерекше маңызды — 2° шамасындағы уақыттау қателіктері көмірсутекті шығарындыларды 22% арттыруы мүмкін (SAE 2023).

Сенсордың істен шығуының қозғалтқыш жұмысы мен диагностикаға әсері

Коленвал орнын анықтайтын сенсор істен шыққан кезде, автомобильдердің тартылуы, біркелкі емес жұмыс істеуі немесе жүріс кезінде мүлдем тоқтауы сияқты белгілері пайда болады. Сенсордың өзінде қандай да бір ақау болған жағдайда көбінесе DTC коды P0335 туралы айтылады, бірақ сымдармен байланысты мәселелерді де елемеуге болмайды. Өткен жылғы кейбір салалық деректерге сәйкес, әрбір бес жағдайдың біреуі шынымен ақаулы сенсор емес, сымдармен байланысты болып шығады. Қазіргі заманғы автомобильдердің компьютері CPS-тен сигнал жоғалтқан кезде әдетте негізгі уақыт баптауына қайтады, бұл двигательдің жұмыс істеу сапасына қатты зиян тигізуі мүмкін және кейде оның өнімділігін жартысына дейін төмендетеді. Сондықтан тәжірибелі техниктер сенсорлар толығымен істен шықпас бұрын оларды ауыстыруды ұсынады, әсіресе 100 мың миль шамасында. Мұндай шара ұзақ мерзімді тұрғыдан алғанда ақша үнемдеуге көмектеседі, себебі двигатель дұрыс жұмыс істемеген кезде зиян көрген каталитикалық түрлендіргіштер мен оттегі сенсорлары сияқты қымбат шығындық бөлшектерге қажет болатын қымбат бағалы жөндеулерден сақтайды.

Жүріс білігінің орыны датчиктерінің негізгі түрлері әрекет ету принципі бойынша

Магниттік индуктивті (Айнымалы релюктантты) датчиктер және электромагниттік индукция әрекеті

Магниттік индуктивті датчиктер жүріс білігі қозғалыста болған кезде сезу үшін электромагниттік индукция принциптерін пайдаланады. Тісті доңғалақ датчиктің орамасы мен магнитінің жақын айналасында айналған кезде, өзгеріп отыратын магнит өрісі двигателдің айналу жылдамдығына сәйкес көтеріліп және төмендейтін айнымалы кернеуді туғызады. Бұл датчиктердің жақсы жағы – оларға сыртқы қуат көзі қажет емес, бұл бюджетке маңызы зор болатын қарапайым двигательдерде шығындарды үнемдеуге мүмкіндік береді. Бірақ бір қиыншылық бар. Шамамен минутына 100 айналымнан төмен жылдамдықтарда сигнал өте әлсіз және сенімсіз болып шығады, сондықтан өте төмен жылдамдықта дәл өлшеулер қажет болатын жағдайлар үшін олар қолайсыз.

Аналогтық Жүріс Білігі Датчиктері және Айнымалы Ток Шығыс Сигналының Мінез-құлқы

Ескі дәстүрлі аналогтық кривошиптің сенсорлары двигатель айналу жылдамдығына байланысты өзгеретін классикалық синусоидалық AC сигналдарын шығарады. Автомобиль компьютері осы тербелістерді оқып, поршеньдердің қай жерде орналасқанын анықтайды да, от жағу мен оталдыруды қашан жүргізу керектігін біледі. Бұл сенсорлар двигатель қалыпты немесе жоғары айналу жылдамдығында жұмыс істеген кезде жақсы жұмыс істейді, бірақ машина тұрып тұрғанда немесе тез үдеу кезінде мәселелер туындайды. 2022 жылы Автомобильдік сенсорлар институтының хабарлауынша, бұл аналогтық сенсорлар 800 RPM шамасында цифрлық нұсқаларымен салыстырғанда уақыт бойынша шамамен ±1,5 градусқа дейін қате көрсетуі мүмкін. Бұл көп емес сияқты болуы мүмкін, бірақ двигательдің жұмысы үшін нақты айырмашылық жасайды.

Цифрлық сигнал беруі бар Холл эффектісінің кривошипті сенсорлары

Холл эффектінің сенсорлары магнит өрістері өзгерген кезде төртбұрышты толқынды цифрлық сигналдар алу үшін жартылай өткізгіш технологиясын қолданады. Бұл үш сымды құрылғылар тіпті ештеңе қозғалмайтын кезде де жақсы орын анықтау ақпаратын бере алады, бұл қазіргі кездегі автомобильдердің start-stop функцияларына көмектеседі және суық ауа-райында да двигательді сенімді түрде іске қосуға кепілдік береді. Олар шығаратын цифрлық сигнал жұмыс жағдайы қандай болса да, тактілеуді дәл сақтайды және шамамен жарты градус шеңберінде сақталады. 2023 жылғы жаңа автомобильдердің көбі, нақты айтқанда, 10-нан 7-ден астам моделі, басқа нұсқалармен салыстырғанда олар өте жақсы жұмыс істейді және мүлдем тозбайды, сондықтан коленвалдың орнын анықтау үшін осы сенсорларға сүйенеді.

Арнайы двигатель қолданбаларындағы фотоэлектрлік және оптикалық сенсорлардың қолданылуы

Оптикалық сенсорлар кривошиптің бұрылуын анықтау үшін LED және саңылауы бар доңғалақ орналасуын пайдаланады, мұнда жарықтың басылу деңгейі негіз болып табылады. Бұл сенсорлар жану қозғалтқыштарында жиі кездеспейді, себебі олар ластану мен ылғалдың әсеріне өте сезімтал. Алайда гонка машиналарында немесе қайықтарда сияқты таза және құрғақ жағдайларда оптикалық сенсорлар өте дәл болуы мүмкін, кейде нақты орынның 0,1 градусы шамасында дәлдікке жетеді. Дегенмен басқа түрлеріне қарағанда оларға тазалау мен қамқорлықтың қосымша қажеттілігі туындайды. Дәл уақытында клапандардың ашылуы қуат шығысы мен сенімділік үшін маңызды болып табылатын жоғарғы дәлдіктегі қозғалтқыштарды жинау кезінде көптеген құрастырушылар осындай сенсорларды қолдануды жалғастырады.

Аналогтық және сандық кривошип сенсорлары: Өнімділік пен сенімділікті салыстыру

Аналогтық және сандық кривошип сенсорлары арасындағы сигнал шығысының айырмашылықтары мен дәлдігі

Дәстүрлі аналогтық датчиктер тыныштық күйде шамамен 3 вольттан жоғары жылдамдықтағы двигательдерде шамамен 50 вольтқа дейін өзгеретін айнымалы AC кернеулерін жасайды. Ал Холл эффектісі бар датчиктер айналу жылдамдығына қарамастан тұрақты 5 немесе 12 вольттық DC сигналдарын шығарады. Осындай дәлдік артықшылығы арқасында, цифрлық датчиктер аналогтық датчиктерге қарағанда әлдеқайда жақсы жұмыс істейді, әсіресе қозғалтқыштар 1500 айналым/минуттан төмен жылдамдықпен жұмыс істеген кезде дәл уақыттың маңызды болатын жағдайларда. Позициялық дәлдікті қарастырғанда, SAE-ның 2023 жылғы зерттеулері бойынша, цифрлық датчиктер тек ±0,2 градус қателікпен жұмыс істей алады. Бұл аналогтық датчиктердің қол жеткізе алатын нәтижесіне қарағанда әлдеқайда жақсы, олардың қателігі әдетте ±1,5 градус аралығында тербеледі.

Дәл уақытты белгілеудегі индуктивті түрлерге қарағанда Холл эффектісі бар датчиктердің артықшылықтары

Холл эффектінің сенсорлары қозғалтқыш толығымен тоқтап тұрған кезде де тұрақты сигналдар береді, бұл кейбір жағдайларда тек 0,1 миллисекунд ішінде дәл уақытпен сәйкес келуі керек болатын турбосыйғыртқыш қозғалтқыштар үшін машиналардың әлдеқайда тезірек және дәлірек іске қосылуын білдіреді. Біз оны динамометрлерде сынақтан өткізген кезде, Холл эффектінің сенсорлары орнатылған көліктер суық іске қосуды индуктивтік сенсорларды пайдаланатындарға қарағанда шамамен 30 пайызға тезірек орындады. Енді басқа да үлкен артықшылығы — олар өте төменгі жылдамдықта да күшті сигналдарды сақтай алады. Бұл күнделікті қалалық жол-көлік жағдайындағы жиі кездесетін тоқта-жүр жағдайларында олардың жақсырақ жұмыс істеуіне мүмкіндік береді.

Төменгі қозғалтқыш жылдамдығы кезіндегі AC шығыс сенсорларының шектеулері

800 RPM-нан төмен, аналогтық сенсорлар үш негізгі қиындыққа тап болады:

• Сигнал амплитудасы ECU анықтау порогынан төмен түсуі мүмкін (<2 В)
• Фазалық бұрмалау 12-18% артады (SAE Technical Paper 2021-01-0479)
• Электромагниттік интерференцияға сезімталдылық цифровтық жүйелерге қарағанда 40% артады
  Бұл шектеулер ұзақ уақыт бойы тұрақты жұмыс істейтін өнеркәсіптік дизельді қозғалтқыштарды қайта реттеуді талап етеді, бұл сенімділікті ұзақ мерзімге төмендетеді.

Шекті жағдайлардағы цифрлық және аналогтық кривошиптық сенсорлардың сенімділігі

Холл эффектісінің сенсорлары минус 40 градустан бастап 150 градус Цельсийге дейінгі (яғни шамамен минус 40-тан 302 Фаренгейтке дейін) температура ауқымында жақсы жұмыс істейді. Бұл көне индуктивтік сенсорлармен салыстырғанда температуралық диапазонды шамамен 35 пайызға кеңінірек қамтиды. Циклдық сынақ нәтижелерін қарастырсақ, цифрлық нұсқалар тозу белгілерін көрсеткеннен бұрын шамамен 200 мың жылу циклын шыдай алады. Бұл олардың аналогтық бауырларына қарағанда жарты екі есеге жуық артықшылық береді. Дегенмен, көптеген инженерлер тұрақты діріл болып тұратын өте қиын жағдайлармен жұмыс істегенде индуктивтік сенсорларды қолдануды жалғастырады. Мысалы, 500 Гц-тен жоғары жиілікпен тербелетін теңіз қозғалтқыштарын елестетіңіз. Осындай индуктивтік модельдердің артықшылығы – олар сезімтал жартылай өткізгіш компоненттері жоқ, қатты күйдегі құрылғы ретінде жасалған, сондықтан күшті діріл кезінде зақымдануы мүмкін.

Айнымалы релюктантты (индуктивті) білікше сенсоры технологиясына терең талдау

Тісті релюкторлы дөңгелектерді пайдаланып электромагнитті индукция кернеуді қалай туғызады

Бұл айнымалы релюктантты сенсорлар электромагнитті индукцияның Фарадей принципі негізінде жұмыс істейді. Көптеген қозғалтқыштардың ішінде тұрақты магнит пен орама бірге жұмыс істеп, білікшемен байланысқан ерекше тісті дөңгелекпен әрекеттеседі. Осы тістер өткен кезде компоненттер арасындағы кеңістікті өзгерте отырып, магнит өрісіне әсер етеді, нәтижесінде орамада кернеудің шағын импульстері пайда болады. Нәтижесінде біздің аларымыз — бұл айнымалы ток сигналы, ол білікшенің нақты орны мен айналу жылдамдығы туралы ақпарат береді. Бұл ақпарат қозғалтқышты басқару блогы үшін жанармайдың жану уақытын орнату кезінде маңызды рөл атқарады, әсіресе таңбалық емес аналогтық жүйелерге сүйенетін ескі автомобильдерде.

Индуктивті білікше сенсорларының жылдамдыққа байланысты сигнал сипаттамалары

Индуктивті сенсорлардың шығысы қозғалтқыш тез айналған сайын көтеріледі. Тежеу жылдамдығында біз, әдетте, шамамен 0,3 вольт айнымалы токты көреміз, бірақ 6000 айн/мин-де қатты айдаған кезде бұл сенсорлар 4,8 В айнымалы токқа дейін өндіре алады. Алайда, 100 айн/мин-ден төменде нәрсе қиындайды, өйткені сигнал онша әлсіз болады. Бұл уақытпен берілетін деректерді сенімсіз етеді, сондықтан көптеген механиктер төменгі жылдамдықтағы қолданбалар үшін сандық сенсорларға ауысады. Ауа саңылауын дұрыс орнату да өте маңызды. Өндірушілердің көбі оны 0,5 пен 1,5 миллиметр аралығында ұстауды ұсынады. Егер саңылау дәл болмаса, сигнал сапасы төмендейді де, қозғалтқыштар жанбасты бастайды. Қазіргі заманның сенсорларының жобалануына әртүрлі айналу жылдамдығы диапазонында жұмысты тегіс жүргізіп отыратын бейімделетін порогтық тізбектер енгізілген. 2022 жылғы SAE деректеріне сәйкес, қазір 10-нан 9 іштен жанатын қозғалтқыштар осы технологияны пайдаланады.